Materiais Avançados

Super-Aerogel é um dos melhores isolantes térmicos já fabricados

Super-Aerogel é um dos melhores isolantes térmicos já construídos
Este é o melhor aerogel - também conhecido como "fumaça sólida" (esquerda) - já construído em termos de leveza, resistência e isolamento térmico (gráfico à direita). [Imagem: Xiang Xu et al. - 10.1126/science.aav7304]

Aerogel de cerâmica

Um novo material quase sem peso, composto principalmente de ar, mostrou-se capaz de suportar e proteger contra algumas das temperaturas mais extremas experimentadas em ambientes industriais e aeroespaciais.

Ele suportou ser aquecido a 900° C e depois rapidamente resfriado a -198° C em vários ciclos, virtualmente sem degradação, afirmam Xiang Xu e seus colegas da Universidade da Califórnia em Los Angeles.

Este novo aerogel de cerâmica alcançou esse desempenho ao ser fabricado com propriedades exóticas, como um "duplo índice negativo" - aerogéis são materiais compostos principalmente de ar contido dentro de uma rede porosa de um meio sólido, como cerâmica, metal ou carbono.

Leve, forte e isolante térmico

Há grande expectativa em usar os aerogéis em aplicações extremas, como os protetores térmicos dos veículos espaciais durante a entrada em uma atmosfera ou o nariz de veículos hipersônicos.

Para isso, eles devem ser ultraleves, mecanicamente resistentes e excelentes isolantes térmicos - o que, diga-se de passagem, é uma combinação difícil de obter.

Por exemplo, os aerogéis de materiais cerâmicos típicos, como sílica, alumina e carbureto de silício, são quebradiços e frágeis, especialmente em altas temperaturas ou sob um choque térmico abrupto. Estratégias para lidar com a fragilidade desses aerogéis cerâmicos frequentemente têm resultado na degradação de outras propriedades, como uma perda na capacidade de isolamento térmico.

Xu e seus colegas lidaram com essas deficiências usando folhas atomicamente finas de nitreto de boro hexagonal (h-BN). Ao projetar cuidadosamente a microestrutura do aerogel cerâmico - uma arquitetura 3D feita a partir de um material 2D -, eles conseguiram obter tanto um coeficiente negativo de Poisson (uma medida da tendência de um material de se projetar para fora quando comprimido) quanto um coeficiente de expansão térmica negativo.

Super-Aerogel é um dos melhores isolantes térmicos já construídos
O aerogel protegeu a flor do calor da chama por vários minutos. [Imagem: Xiang Xu et al. - 10.1126/science.aav7304]

Estresse termal

Para avaliar as capacidades mecânicas e térmicas do material, os pesquisadores realizaram uma série de testes, incluindo o aquecimento do aerogel a 900° C e, em seguida, rapidamente resfriando-o a -198° C, repetidamente e a uma taxa de 275° C por segundo. O material suportou incólume.

A equipe também avaliou o efeito do estresse de temperatura a longo prazo, expondo o material a temperaturas próximas de 1.500° C no vácuo. De acordo com os resultados, o aerogel permaneceu praticamente inalterado, com perda de menos de 1% de sua resistência após todos os testes.

Finalmente, o material pode ser comprimido a apenas 5% de seu volume e retornar totalmente às dimensões originais.

Bibliografia:

Double-negative-index ceramic aerogels for thermal superinsulation
Xiang Xu, Qiangqiang Zhang, Menglong Hao, Yuan Hu, Zhaoyang Lin, Lele Peng, Tao Wang, Xuexin Ren, Chen Wang, Zipeng Zhao, Chengzhang Wan, Huilong Fei, Lei Wang, Jian Zhu, Hongtao Sun, Wenli Chen, Tao Du, Biwei Deng, Gary J. Cheng, Imran Shakir, Chris Dames, Timothy S. Fisher, Xiang Zhang, Hui Li, Yu Huang, Xiangfeng Duan
Science
Vol.: 363 Issue 6428 723-727
DOI: 10.1126/science.aav7304

Hyperbolic 3D architectures with 2D ceramics
Manish Chhowalla, Deep Jariwala
Science
Vol.: 363 Issue 6428 694-695
DOI: 10.1126/science.aaw5670




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